2017 год в науке: палеонтология

2017 год в науке: палеонтология

Продолжая рассказ о новостях науки ушедшего года, переходим к открытиям, совершенным палеонтологами.

Родословное древо динозавров

Группа палеонтологов из Кембриджского университета и Музея естественной истории в Лондоне предложила радикально пересмотреть структуру эволюционного древа динозавров, основываясь на тщательном анализе десятков окаменевших скелетов и сотнях анатомических признаков. Новое исследование предполагает отмену деления динозавров на два основных отряда птицетазовых (Ornithischia) и ящеротазовых (Saurischia) – это все равно, что разломать генеалогическое древо на отдельные части и составить из них новое, объединив в другом порядке.

Деление динозавров на птицетазовых и ящеротазовых существовало с 1887 года, когда его предложил британский палеонтолог Гарри Сили. В основу классификации он положил характерные особенности строения таза. У ящеротазовых динозавров лобковые кости выступают вперед (такой признак на самом деле характерен для крокодилов, а не для ящериц), у птицетазовых они направлены назад, как у птиц.

К птицетазовым относятся, например, стегозавр, игуанодон и трицератопс. В состав ящеротазовых входит подотряд теропод (Theropoda), к которому относятся около 37 % всех известных родов динозавров, включая знаменитого тираннозавра. К другой группе ящеротазовых динозавров относятся зауроподы (Sauropoda), гигантские четвероногие динозавры, например, диплодоки, сейсмозавр, брахиозавр и апатозавр. Следует заметить, что предками современных птиц стали ящеротазовые, а не птицетазовые динозавры.

Но данная классификация не решала всех встающих перед исследователями проблем. Палеонтологи отмечали, что некоторые из ранних птицетазовых динозавров были весьма похожими на ящеротазовых: они были двуногими и, возможно, хищными. Оставалось непонятным, к какому из отрядов отнести раннее семейство геррерозавридов (Herrerasauridae), имеющих признаки как ящеротазовых, так и птицетазовых.

Отряд птицетазовых обычно считался отделившимся от общих предков раньше. У его представителей есть ряд уникальных признаков, таких как дополнительные кости нижней челюсти и лишенная зубов предзубная кость в передней части нижней челюсти. Но находок птицетазовых динозавров, относящихся к триасовому периоду, когда история динозавров начиналась, было весьма немного.

Чтобы точнее проследить родственные отношения между динозаврами, палеонтологи в мельчайших деталях изучили окаменелости и каталогизировали каждый выступ или углубление в костях, которые могли служить наследуемыми признаками. При этом были учтены многие экземпляры ящеротазовых динозавров, которые ранее были пропущены. Всего коллектив исследователей проанализировал 457 признаков у 74 таксонов, включая некоторых рептилий, которых не относят к динозаврам. Затем ученые использовали данные об анатомических признаках для построения родословного древа динозавров. Напомним, что до последнего момента общепринятый взгляд на эволюционную историю динозавров состоял в том, что сначала отделились птицетазовые, а затем ящеротазовые разделили на две группы: теропод и зауропод. Точное положение геррерозаврид было неизвестным, но считалось, что их ветвь отделилось от общего ствола еще раньше, чем ветвь птицетазовых. Нынешний анализ показал, что, несмотря на сходство в строении костей таза, тероподы не относятся к ящеротазовым динозаврам. В итоге ученые пришли к выводу, что предки динозавров разделились на две группы, одна из которых дала начало птицетазовым динозаврам и тероподам, а другая – зауроподам и геррерозавридам.

Как отмечает один из авторов исследования Мэтт Бэрон из Кембриджского университета, обновленное эволюционное древо динозавров заставляет признать ряд фактов. Например, что острые, загнутые и зазубренные зубы, а также рацион, в котором до 75 % составляет мясо, стали свойственны независимо двум группам динозавров. А также, что «птицетазовость» не может служить надежным признаком для классификации. Направленные назад лобковые кости появлялись у разных групп независимо. Анализ также подтверждает ранее выдвинутую гипотезу, что самым ранним предком динозавров было маленькое двуногое животное с хватательными руками.

Изменения в родословном древе динозавров может повлиять и на теории о том, где динозавры появились. Ранее считалось, что прародиной динозавров было Южное полушарие, где располагался древний континент Гондвана. Причиной этого были самые ранние находки геррерозаврид, возрастом от 231 миллиона лет, сделанные в Южной Америке и Южной Африке. Но теперь геррерозавриды потеряли статус самой архаичной группы. Вероятно теперь, некоторые находки триасового периода в Северном полушарии смогут претендовать на титул ранних предков динозавров.

Размножение трилобитов

Ученые из Университета Западного Иллинойса описали окаменевших трилобитов, на теле которых имелись яйца. Хотя это не первый случай обнаружения яиц трилобитов, впервые удалось установить связь яиц с конкретным видом этих животных и найти яйца там, где они располагались при жизни животного. Находка позволила выдвинуть новые предположения о том, как размножались трилобиты.

Трилобиты жили в океанах Земли в эпоху палеозоя. Долгое время они встречались в поражающем изобилии, но к концу палеозойской эры исчезли. Относятся трилобиты к типу членистоногих, составляя в нем особый класс. Сейчас палеонтологи выделяют более десяти тысяч видов трилобитов. Размер взрослых трилобитов обычно от двух до десяти сантиметров, но среди них были виды длиной и более семидесяти сантиметров.

О размножении трилобитов известно немного. Выделить в окаменевших останках половые органы палеонтологам пока не удалось. Неоднократно вместе с трилобитами находили округлые окаменелости размером от 0,5 до 4 миллиметров, которые с высокой вероятностью были их яйцами, но строгого доказательства этому до последнего момента не было. Лучше изучено развитие трилобитов на личиночных стадиях. Трилобит проходил через множество линек, начиная от крошечной личинки ранней стадии (протасписа), и постепенно увеличивал число сегментов тела. На первых стадиях личинки плавали среди планктона, а потом у ползающих видов переходили к донному образу жизни.

В 1998 году палеонтологи Ричард Форти и Найджел Хьюз заметили, что у некоторых экземпляров трилобитов на внутренней поверхности головы имеются утолщения. Обычно полукруглый головной щит трилобитов имеет поднятие в средней части (глабель), окруженное по бокам так называемыми щеками, или либригенами. Вздутия, которые привлекли внимание Форти и Хьюза, находились перед глабелью. По предположению ученых, трилобиты, у которых обнаружились такие вздутия, были самками, а сами вздутия скрывают часть репродуктивной системы. Это могли быть выводковые сумки, где у некоторых членистоногих происходит развитие оплодотворенных яиц и первых стадий личинок. Или же это могли быть органы, в которых находились неоплодотворенные яйца и откуда они потом выбрасывались в воду.

Ричард Форти предположил, что способ размножения трилобитов мог быть схожим с размножением их самых близких сохранившихся до наших дней родственников – мечехвостов (Xiphosura), живущих в морях Юго-Восточной Азии и у атлантического побережья Северной Америки. У самок мечехвоста яйца находятся в головном отделе, как раз там, где у трилобитов, исследованных Форти и Хьюзом, оказались загадочные вздутия. Когда наступает пора продолжать род, мечехвосты выползают на берег в полосу прилива, причем самцы едут верхом на самках, уцепившись клешнями за их головной панцирь. Самка вырывает в песке ямку, глубиной до 15 сантиметров. Туда он откладывает хранившиеся в ее голове яйца, а самец выделяет сперматозоиды.

Теперь обнаружено новое подтверждение того, что яйца трилобитов, как и мечехвостов, развивались в головной части тела. Находка была сделана в литостратиграфической формации Лорен (Lorraine Group) ордовикского периода в штате Нью-Йорк, уже давно известной своими трилобитами. Окаменевшие останки, заинтересовавшие ученых, принадлежат виду Triarthrus eatoni, который был описан еще в 1838 году. Палеонтологи Томас Хегна, Маркус Мартин и Саймон Даррок обследовали образцы Triarthrus eatoni возрастом около 445 миллионов лет. У двух трилобитов они увидели на нижней поверхности головного щита округлые или эллиптические образования диаметром около 200 микрометров (0,2 мм). Они сохранились благодаря тому, что в процессе окаменения были замещены кристаллами пирита. В одном случае их было три штуки, в другом – девять.

Исследователи рассмотрели различные версии, объясняющие эти мелкие шарики. Это могли быть поселившиеся на теле трилобита другие животные, фекалии самого трилобита, наконец, просто зерна пирита, возникшие не в связи с органами животного. Но ученые полагают наиболее вероятным, что это именно яйца трилобита в том месте, где они располагались при его жизни. Скорее всего, яиц у одной особи было больше, чем обнаружилось на окаменевших останках, но они были утрачены после смерти, в ходе окаменения или позднее под действие геологических процессов. По мнению ученых, для размножения трилобиты выделяли в воду яйца и сперматозоиды через пока еще не обнаруженные отверстия, вероятно, находившиеся в задней части головы.

Томас Хегна и его коллеги исследовали обнаруженные ими яйца при помощи электронного микроскопа и компьютерного томографа. Они отмечают, что размер яиц несколько меньше, чем известные нам самые молодые протасписы этих трилобитов. Поэтому ученые предполагают, что в развитии трилобитов имелись более ранние личиночные стадии, когда у животного еще не было твердого наружного щита. Такие личинки могли просто не сохраниться в палеонтологической летописи.

Находки в янтаре: необычное насекомое и кровь млекопитающего

Исследователи из Орегонского университета Джордж Пойнар и Алекс Браун описали новый вид насекомого, обнаруженного в куске янтаря возрастом 100 млн. лет, добытого в Мьянме. Необычный облик насекомого заставил ученых отнести его не только к новому семейству, но даже к новому отряду. Вид получил название Aethiocarenus burmanicus. Длина тела насекомого 4,5 миллиметра. Крыльев оно не имело, зато было снабжено достаточно длинными ногами.

Особо примечательна форма головы насекомого: в виде равнобедренного прямоугольного треугольника, прикрепленного к грудному отделу прямым углом. На двух острых углах размещаются крупные глаза. Ранее у насекомых с головами треугольной формы они прикреплялись к телу исключительно плоской стороной. «Я в самом деле никогда не видел ничего подобного», – признает Джордж Пойнар. Современник динозавров Aethiocarenus burmanicus, вероятно, жил в трещинах коры деревьев и был всеядным насекомым. Строение ног говорит, что он был способен быстро бегать. Также у него имелась железа на шее. Пойнар и Браун полагают, что она выделяла вещество, отпугивающее врагов.

Другой находкой Джорджа Пойнара стали клетки крови обезьян возрастом 15 – 45 миллионов лет. Это первый случай обнаружения в янтаре образцов крови млекопитающих. Сделать эту находку профессору Пойнару помог клещ, напившийся в ту древнюю эпоху обезьяньей крови и потом застывший в капле смолы.

Янтарь был добыт в шахте в горном массиве Кордильера-Септентриональ в Доминиканской республике. Он образовался из окаменевшей смолы дерева Hymenaea protera. Датирован он был по образцам водорослей и одноклеточных планктонных организмов, найденных в тех же слоях. В эпоху, когда возник янтарь, в этих местах находился густой тропический лес. Как уже говорилось, янтарь содержал древнего клеща, в кишечнике которого сохранились эритроциты крови, послужившей ему последней в жизни пищей. Можно даже увидеть разные стадии переваривания этих эритроцитов.

Когда Пойнар исследовал эритроциты под микроскопом, их форма оказалась похожей на клетки ряда групп млекопитающих. Столь крупные эритроциты встречаются у представителей семейства собачьих, у зайцеобразных и у приматов. Но знания о составе фауны тех мест в интересующий период Пойнару позволили исключить всех претендентов кроме приматов. Палеонтологи нашли в этом регионе много видов древних приматов с соответствующим возрастом.

По двум крошечным отверстиям, замеченным на брюшке клеша, Джордж Пойнар полагает, что паразит был замечен животным, кровь которого он сосал, и выдернут. При этом стенка его брюшка была повреждена, а часть выпитой крови пролилась наружу. Можно даже предположить, что клещ был удален в ходе распространенного у обезьян грумминга – обычая обыскивать шерсть друг друга. Найденного клеща животное отбросило, и он попал в смолу, ставшую потом янтарем.

Отдельный интерес представляет то, что эритроциты оказались заражены одноклеточным паразитом, близким к современному роду бабезия (Babesia) или же к родственному ему роду Theileria. На одной из стадий своего развития бабезии живут внутри клеток крови и питаются гемоглобином. Известно около двух десятков современных видов бабезий, паразитирующих в клетках крови различных млекопитающих. Некоторые из них признаны возбудителями серьезных болезней домашних животных: коров, лошадей и других. Владельцам собак хорошо известен пироплазмоз. Это опасное заболевание вызывают два вида бабезий: Babesia canis и Babesia gibsoni. Некоторые бабезии (Babesia microti в Северной и Южной Америке, Babesia divergens в Европе) способны заражать и людей. Симптомы заражения напоминают малярию. Переносчиками бабезий сейчас, как и в древности, служат клещи.

«Окаменелые клетки крови, зараженные этими паразитами, просто поразительны в своих подробностях. Это единственное свидетельство ископаемых патогенов типа бабезии», – говорит Пойнар. Благодаря различиям в структуре и плотности между бабезиями и эритроцитом при застывании в янтаре они по-разному окрашивались. Поэтому сейчас под микроскопом древние бабезии выглядят как более темные структуры характерной формы на фоне более светлых клеток крови.

Живородящий диноцефалозавр

Международная группа палеонтологов из Китая, США, Австралии и Великобритании обнаружила доказательства, что древняя рептилия из рода диноцефалозавров была живородящей. Ранее считалось, что диноцефалозавры размножались только откладыванием яиц.

Диноцефалозавры представлены единственным видом Dinocephalosaurus orientalis, окаменевшие останки которого были найдены в 2003 году в китайской провинции Гуйчжоу. Они плавали в морях триасового периода и охотились на рыб и головоногих моллюсков, в чем им помогала удивительно длинная шея. Затаившийся в мутной воде диноцефалозавр резко распрямлял шею, длина которой доходила до 1,7 метра, и заставал добычу врасплох.

Получить свидетельства о живорождении у этих рептилий помогла находка 2008 года, сделанная в провинции Юннань. В руки ученых попали останки самки диноцефалозавра возрастом около 245 миллионов лет. В брюшной полости рептилии четко видны останки эмбриона: кости передних конечностей и шейные позвонки. Поскольку никаких следов скорлупы не обнаружилось, ученые считают находку свидетельством живорождения у данного вида.

Окаменевшие клетки возрастом 1,6 миллиарда лет

В образцах осадочных пород из Индии ученые обнаружили следы окаменевших эукариотических клеток возрастом 1,6 миллиарда лет, что на 400 миллионов лет раньше предыдущего рекорда.

Основываясь на размерах и форме древних клеток, а также на следах клеточных органелл, ученые предполагают, что они имеют дела с древнейшими клетками эукариот – группы живых организмов, куда входят животные, растения, грибы и другие, не являющиеся бактериями и археями. Находки более всего напоминают клетки двух видов красных водорослей: вытянутой Rafatazmia chitrakootensis и шаровидной Ramathallus lobatus. В клетках первого типа обнаружены следы больших ромбических дисков, которые могут быть хлоропластами.

Ученые еще раньше считали красные водоросли одной из самых ранних групп эукариотических организмов. Более ранняя дата их возникновения важна для понимания хода эволюции в целом, а также для уточнения частоты возникновения мутаций в геноме – важного параметра при оценке давности эволюционного расхождения различных групп организмов.

Бразильские палеоноры

Бразильские геологи полагают, что многие необычные пещеры в их стране возникли не вследствие каких-либо геологических процессов, а были выкопаны обитавшими ранее в Южной Америке гигантскими ленивцами.

Гигантские ленивцы появились около 35 миллионов лет назад, а вымерли примерно 8 – 10 тысяч лет назад. Первенство по размерам среди них держат представители рода мегатериев (Megatherium), достигавших шести метров в длину и веса до четырех тонн. Конечно же, гигантские ленивцы не могли жить в кронах деревьях, как нынешние их родичи, а обитали на поверхности земли.

Необычную пещеру впервые обнаружил возле города Нову-Амбургу Генрих Франк, профессор Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул. В 2010 году работник Бразильской геологической службы Амилькар Адами нашел подобную пещеру в штате Рондония, недалеко от границы с Боливией. В обоих случаях это были тоннели округлого сечения, часто разветвляющиеся. Они не были похожи на пещеры, возникшие в результате естественных геологических процессов.

Профессор Франк первым пришел к выводу, что пещера представляет собой «палеонору», заметив следы когтей гигантского животного на ее стенах. В научной литературе до этого не было описано никаких нор, относящихся к вымершей мегафауне. Заинтересовавшийся Франк за последнее десятилетие обнаружил множество подобных пещер. Только в штате Рио-Гранди-ду-Сул их насчитывается не менее полутора тысяч и еще несколько сотен в соседнем штате Санта-Катарина.

«В мире нет геологического процесса, производящего длинные туннели с круговым или эллиптическим поперечным сечением, которые ветвятся и поднимаются и опускаются, с когтями на стенах, – говорит профессор Франк. – Я также видел десятки пещер, которые имеют неорганическое происхождение, и в этих случаях всегда отчетливо ясно, что роющие животные не играли никакой роли в их создании».

По расчетам ученых, первоначально «палеоноры» имели до 1,8 метров в высоту, а длина тоннелей могла достигать 600 метров. Одна из таких пещер в Санта-Катарине, пока еще не обследованная учеными, возможно, имеет длину даже более 900 метров. При их создании животные извлекали наружу до 4000 тонн почвы и камней. Амилькар Адами полагает, что самые крупные норы создавались не одним или двумя животными, а семьей на протяжении нескольких поколений.

Генрих Франк и его коллеги считают, что древние норы были выкопаны гигантскими ленивцами. Исходя из размера самих тоннелей и отпечатков когтей на стенах, на эту роль более всего подходят представители родов Catonyx, Glossotherium и Lestodon. Они уступали в размерах мегатериям, но все-таки были довольно крупны. Например, длина лестодона от морды до кончика хвоста равнялась 4,6 метра, а вес его был не менее 2,5 тонн. 

Древнейший ископаемый гриб

Группа палеонтологов во главе с Сэмом Хэдсом (Sam Heads) из Университета Иллинойса описала экземпляр ископаемого гриба возрастом 115 миллионов лет. Это древнейший известный науке ископаемый гриб. Он получил латинское название Gondwanagaricites magnificus.

Он был найден в известняках раннемеловой формации Крато в бассейне Арарипе на северо-востоке Бразилии. По словам ученых, гриб относился к агариковым (Agaricales), то есть был родственником современных шампиньонов и мухоморов. При исследовании отпечатка гриба при помощи электронного микроскопа были обнаружены характерные для этих грибов пластинки, на которых располагались споры. Высота найденного экземпляра составляла пять сантиметров.

Грибы практически не подвергаются минерализации, поэтому палеонтологам мало чего известно о древних грибах. Предшествующие находки различных древних грибов, возрастом от двух до девяноста девяти миллионов лет, были сделаны в янтаре. На этот раз помог счастливый случай. Гриб вырос на берегу мелководной соленой лагуны, рядом с полосой прибоя, и был покрыт песчаными наносами до того, как его плодовое тело разложилось. Спустя долгое время ткани гриба заместились минералом пиритом, который потом преобразовался в другой минерал – гётит.

У древней птицы нашли сохранившуюся копчиковую железу

Останки нового вида древних птиц были обнаружены в знаменитом карьере Мессель в Германии. Возраст находки около 48 миллионов лет. Наиболее интересна она тем, что у нее окаменели не только кости, как это обычно бывает, но и часть мягких тканей. В результате ученые обнаружили копчиковую железу этой птицы.

Карьер Мессель находится недалеко от Франкфурта-на-Майне. С середины XIX века в нем добывали бурый уголь и горючие сланцы. Но знаменитым он стал благодаря огромному количеству окаменелостей эоценовой эпохи (56 – 34 млн лет назад). Счет древних животных и растений, описанных благодаря находкам в карьере Мессель, идет на тысячи. С 1970-х годов добыча сланцев в Месселе перестала быть рентабельной и прекратилась, с тех пор там происходят только научные раскопки. В 1995 году карьер Мессель был признан объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Найденная теперь птица принадлежит к семейству Messelirrisoridae, кстати, получившему название в честь карьера Мессель. Представители этого семейства были дальними родственниками нынешних удодов и обитали в лесах Европы в среднем эоцене. Данный экземпляр при жизни был мелкой птичкой, размером примерно с крапивника, и обладал сравнительно длинным клювом. Птица вела преимущественно древесный образ жизни и редко садилась на землю.

Главной “заслугой” найденной птички стало сохранение железы. Обычно мягкие ткани разлагаются очень быстро и не подвергаются фоссилизации. Но в редких случаях условия подходят для их сохранения. У данной птицы исследователи обнаружили рядом с хвостовыми перьями образование, схожее по форме с копчиковой железой современных птиц. Подобные железы имеются у многих видов птиц. Они выделяют маслянистое вещество, которое птицы клювом наносят на свои перья. Секрет копчиковых желез предохраняет перья от влаги, а также служит источником витамина D. У некоторых видов, например, у удода, в выделениях копчиковой железы присутствуют симбиотические бактерии, которые успешно конкурируют с бактериями, повреждающими перьевой покров.

Исследователи изучили найденный объект при помощи пиролизной газовой хроматографии и масс-спектрометрии, чтобы выяснить его химический состав, и обнаружили, что он отличается от других окаменевших частей птицы и горной породы, в которой она была найдена. Зато его химический состав соответствовал копчиковым железам современных птиц.

Четырехрогий предок жирафов

Испанские палеонтологи Мария Риос (María Ríos), Исраэль Санчес (Israel M. Sánchez) и Хорхе Моралес (Jorge Morales) опубликовали в электронном научном журнале PLOS ONE описание древнего млекопитающего, окаменевшие останки которого были найдены недалеко от Мадрида. По словам ученых, данное животное было предком современных жирафов. У него еще не было длинной шеи, зато имелся двойной комплект рогов.

Находка была сделана на территории муниципалитета Торрехон-де-Веласко, в составе автономного сообщества Мадрид. Местный холм Серро-де-лос-Батальонес (Cerro de los Batallones) палеонтологи исследуют с 1991 года, и он уже хорошо известен окаменелостями верхнего миоцена, в первую очередь – костями древних млекопитающих. В частности, там было найдено много останков саблезубых кошек, например, первый полный череп вида Machairodus aphanistus.

Новый вид древних жирафов получил название Decennatherium rex. Латинское слово rex«царь» было выбрано потом, что, как пишут авторы работы, «исключительные окаменевшие останки данного вида делают его царем среди иберийских миоценовых жирафов». Всего ученым удалось найти останки четырех особей. Возраст находки около девяти миллионов лет, это свидетельствует, что ранние представители семейства жирафовых жили в Европе значительно раньше, чем считалось.

Длинная шея жирафа кажется нам его наиболее характерным признаком, но далеко не все древние жирафы отличались этой чертой. С точки зрения зоолога жирафов объединяют в первую очередь особенности строения резцов и обтянутые кожей рога (оссиконы). Decennatherium rex длинной шеи не имел, но его зубы выдают его безусловную принадлежность к жирафовым, а оссиконов на его голове было даже две пары. У самок длина оссиконов не превышала двух сантиметров, зато у самцов они достигали сорока сантиметров. В целом же он напоминал скорее гигантского лося, чем современного жирафа. Самцы этого вида были высотой около 2,75 метра, а весили около двух тонн.

Источник: ПОЛИТ.РУ